專利名稱：天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于從含碳原子數(shù)較少的烴制備烴的設(shè)備，具體涉及天然氣(甲烷)部分燃燒制備乙炔的設(shè)備。
天然氣(甲烷)部分燃燒法制備乙炔最關(guān)鍵的設(shè)備是氧化熱解爐?，F(xiàn)有的氧化熱解爐有多種爐型結(jié)構(gòu)，它們的共同特點(diǎn)是采用直流燒嘴的結(jié)構(gòu)形式，其中最具代表性，應(yīng)用最廣的是德國巴登苯胺堿公司的BASF乙炔爐。我國四川維尼綸廠的天然氣制乙炔裝置，就是引進(jìn)的BASF乙炔爐。圖-1為BASF乙炔爐的結(jié)構(gòu)示意圖，它是混合器(a)、擴(kuò)散區(qū)(b)、燃燒反應(yīng)區(qū)(c)、淬冷區(qū)(d)和刮炭裝置等幾個(gè)部分組成。它的主要技術(shù)特征是天然氣(甲烷)和氧氣的混合采用引射式旋渦混合器；混合氣體的燃燒反應(yīng)通過噴涂有耐火層的多孔直流燒嘴板和正六邊形反應(yīng)道實(shí)現(xiàn)；反應(yīng)裂化物流的淬冷由固定于反應(yīng)區(qū)出口的三條環(huán)狀噴水管向中心噴水進(jìn)行；刮炭采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)敲打方式進(jìn)行。BASF乙炔爐的多孔直流燒嘴，使天然氣(甲烷)的燃燒火焰較長，紊流度較小，不利于乙炔的生成；直流燒嘴的孔徑較小(≯φ25mm)，單爐能力的提高只能依賴于燒嘴數(shù)量的增加(最大單爐能力7500噸/年，乙炔爐有127個(gè)燒嘴，故稱多管爐)；燒嘴過多會(huì)導(dǎo)致積炭量增大，既影響乙炔產(chǎn)率又給清焦帶來困難；直流燒嘴的阻火能力小，容易造成爐子回火，燒壞擴(kuò)散道。另外，由燒嘴配氣孔排列所決定的正六邊形反應(yīng)道，使?fàn)t的制造加工難度大，而且在運(yùn)行中難于實(shí)現(xiàn)刮炭自動(dòng)化。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)BASF乙炔爐的上述不足，設(shè)計(jì)一種具有旋流燒嘴結(jié)構(gòu)又便于制造加工、氧化熱解效果好的旋焰乙炔爐。
以下結(jié)合附圖
來說明本實(shí)用新型的旋焰乙炔爐結(jié)構(gòu)。
圖-2為旋焰乙炔爐的總體結(jié)構(gòu)示意圖。在圖-2，1-旋流混合器，2-旋流組合燒嘴器，3-反應(yīng)道，4-淬火裝置，5-刮炭裝置；A-氧氣進(jìn)口，B-天然氣(甲烷)進(jìn)口，G-輔助氣進(jìn)口，D-反應(yīng)道進(jìn)水口，E-裂化氣出口，F(xiàn)-刮刀進(jìn)水口，G-淬火頭進(jìn)水口，H-反應(yīng)道出水口，J-點(diǎn)火孔。
本實(shí)用新型的旋焰乙炔爐為全金屬結(jié)構(gòu)，由旋流混合器(1)、旋流組合燒嘴器(2)、反應(yīng)道(3)、淬火裝置(4)和刮炭裝置(5)五個(gè)部分組成。
圖-3為旋流混合器(1)的結(jié)構(gòu)詳圖。在圖-3中，I-分配擋板，II-分配孔，III-天然氣旋渦器，IV氧化噴嘴，V-高速混合管，VI-擴(kuò)散道；A-氧氣導(dǎo)管，B-天然氣(甲烷)導(dǎo)管，M-混合氣體。
將預(yù)熱溫度在600～650℃的天然氣(甲烷)從天然氣(甲烷)導(dǎo)管(B)引入，在流通斷面經(jīng)分配擋板(I)和分配孔(II)，使之均勻分配后進(jìn)入環(huán)形斷面，再經(jīng)天然氣(甲烷)旋渦器(III)旋出，與由氧氣導(dǎo)管(A)引入并經(jīng)氧氣噴嘴(IV)的高速氧氣在高速混合管(V)上段的混合點(diǎn)混合，混合氣體以超音速的線速通過高速混合管，再經(jīng)擴(kuò)散道(VI)進(jìn)入燒嘴。整個(gè)混合過程在數(shù)拾微秒之內(nèi)完成。
旋流混合器(1)的主要參數(shù)如下高速混合管氣體流速300～800m/s高速混合管的長徑比＞2天然氣旋渦器外旋線水平升角＞25度，旋線數(shù)＞2
擴(kuò)散道錐角＞5度圖-4為旋流組合燒嘴器(2)的結(jié)構(gòu)詳圖。在圖-2中，C-輔助氧進(jìn)口，K-混合氣體旋渦器，L-中心輔氧孔，M-混合氣體。
本實(shí)用新型的旋焰乙炔爐，采用多單元族流組合燒嘴器(本圖例為七單元組合)，按正三角形排列組合，每個(gè)單元燒嘴包括混合氣體旋渦器(K)和中心輔氧化孔(L)?；旌蠚怏w經(jīng)每個(gè)燒嘴的旋渦器(K)形成高速旋轉(zhuǎn)氣流導(dǎo)入反應(yīng)道進(jìn)行燃燒反應(yīng)，輔助氧經(jīng)每個(gè)燒嘴的中心輔氧孔導(dǎo)入反應(yīng)道起穩(wěn)定火焰的作用。
旋流組合燒嘴器(2)的主要參數(shù)如下燒嘴直徑(d)≤100mm；燒嘴間距＞1.2d混合氣體旋渦器葉片數(shù)＞2混合氣體旋渦器外旋線水平升角＞25度混合氣體旋渦器出口旋流速度＞120m/s中心輔氧孔出口直流速度＞5m/s本實(shí)用新型旋焰乙炔爐的反應(yīng)道(3)，采用全金屬圓筒型水冷夾套結(jié)構(gòu)，在高溫內(nèi)壁設(shè)有補(bǔ)償器，以確保在高溫條件下不變形；在反應(yīng)道上端設(shè)有點(diǎn)火孔及視鏡。
反應(yīng)道(3)的主要參數(shù)如下裂化氣線速＞30m/s裂化氣停留時(shí)間0.002～0.005秒本實(shí)用新型的旋焰乙炔爐的淬火裝置(4)，采用在爐子中心垂直升降的多層水幕式噴頭，由中心向外噴水淬火。根據(jù)反應(yīng)過程的需要，自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間。
本實(shí)用新型旋焰乙炔爐的刮炭裝置(5)，采用環(huán)形水冷升降式手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)刮炭。
本實(shí)用新型的旋焰乙炔爐，與現(xiàn)有的BASF乙炔爐相比，所采用的旋流混合器能有效地防止早期著火，從而保證了乙炔生產(chǎn)線運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。所設(shè)計(jì)的多單元旋流組合燒嘴，能產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)氣流，紊流度大而且火焰短，在天然氣(甲烷)部分燃燒過程中能改善速度場和溫度場的分布，創(chuàng)造更有利的傳質(zhì)傳熱條件，乙炔產(chǎn)率高；從旋流燒嘴中心導(dǎo)入輔氧，有利于火種的建立和反應(yīng)火焰的穩(wěn)定；同時(shí)強(qiáng)湍流的旋轉(zhuǎn)氣流在反應(yīng)道內(nèi)不容易產(chǎn)生回火現(xiàn)象，因而在燒嘴板面和反應(yīng)道上端不結(jié)炭，也使熱解付反應(yīng)減少，有利于乙炔產(chǎn)率的提高。另外，旋流噴嘴的直徑比BASF乙炔爐直流噴嘴大，具有提高單爐生產(chǎn)能力的潛力。
實(shí)施例(以年產(chǎn)500噸乙炔的爐子為例)
天然氣預(yù)熱溫度650℃燃燒反應(yīng)溫度1450℃燃燒反應(yīng)停留時(shí)間0.0028秒總氧比0.57試驗(yàn)結(jié)果1.裂化氣組成(VOl.％)
2、甲烷轉(zhuǎn)化率88.9％3、乙炔產(chǎn)率31％4、裂化氣干基體積增長率1.1635、裂化氣濕基增長率1.5156、消耗定額(一噸乙炔)天然氣5615標(biāo)米3氧氣3201標(biāo)米3預(yù)熱用燃料(天然氣)450標(biāo)米權(quán)利要求1.一種天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐，由旋流混合器(1)、旋流組合燒嘴器(2)、反應(yīng)道(3)、淬火裝置(4)和刮炭裝置(5)五個(gè)部分組成，其特征在于所說的旋流組合燒嘴器(2)是多單元燒嘴按正三角形排列組合，每個(gè)單元燒嘴包括混合氣體旋渦器(K)和中心輔氧孔(L)；燒嘴直徑(d)≤100mm，燒嘴間距＞1.2d，混合氣體旋渦器葉片數(shù)＞2個(gè)，混合氣體旋渦器外旋線水平升角＞25度，混合氣體旋渦器出口旋流速度＞120m/S，中心輔氧孔出口直流速度＞5m/s。
2.按照權(quán)利要求1所述的天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐，其特征在于所說的旋流混合器(2)有氧氣導(dǎo)管(A)、天然氣導(dǎo)管(B)、分配擋板(I)、分配孔(II)、天然氣旋渦器(III)、氧化噴嘴(IV)、高速混合管(V)和擴(kuò)散道(VI)；高速混合管氣體流速為300～800m/s，高速混合管的長徑比＞2，天然氣旋渦器外旋線水平升角＞25度，旋線數(shù)＞2，擴(kuò)散道錐角＞5度。
3.按照權(quán)利要求1所述的天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐，其特征在于所說的反應(yīng)道(3)采用全金屬圓筒型水冷夾套結(jié)構(gòu)，在高濕內(nèi)壁設(shè)有補(bǔ)償器，在反應(yīng)道上端設(shè)有點(diǎn)火孔和視鏡；反應(yīng)道內(nèi)裂化氣線速＞30m/s，裂化氣停留時(shí)間為0.002～0.005秒。
4.按照權(quán)利要求1所述的天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐，其特征在于所說的淬火裝置(4)采用在爐子中心垂直升降的多層水幕式噴頭，由中心向外圍噴水淬火，自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間。
5.按照權(quán)利要求1所述的天然氣部分燃燒旋焰乙炔爐，其特征在于所說的刮炭裝置(5)采用環(huán)形水冷升降式自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)刮炭。
專利摘要本實(shí)用新型屬于烴類轉(zhuǎn)化的設(shè)備。是一種天然氣(甲烷)部分燃燒旋焰乙炔爐，由旋流混合器(1)、旋流組合燒嘴器(2)、反應(yīng)道(3)、淬火裝置(4)和刮炭裝置(5)五個(gè)部分組成。它使用全金屬材料制造，具有旋流燒嘴結(jié)構(gòu)，燃燒火焰短，氧化熱解效果好，乙炔產(chǎn)率高。
文檔編號(hào)C07C11/00GK2237640SQ9524189
公開日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月18日
發(fā)明者王先忠, 熊長華, 曾凡盾, 余惠文, 冉蜀英 申請(qǐng)人:重慶市化工研究院